JPS63296267A - 電荷転送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は電荷転送装置に関し、特に転送途中に電荷蓄
積部を有して電荷を転送する電荷転送装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 第３図は従来の蓄積時間可変型の１次元固体撮像装置の
基本構成図であり、第４図は２層ポリシリコンゲートＣ
ＣＤプロセスを用いた場合のそのパターンレイアウト図
である。

ここでＣＯＤとはｃ　ｈａｒｇｅ　−ｃ　ｏｕｐｌｅｄ
　　ｏ　１ｖｉｃｅの略で電荷結合デバイスをいう。

両図を参照して、その構成および組立について以下説明
する。

たとえばフォト・ダイオードのような光信号を電気信号
に変換する光電変換部１で変換された電荷を転送すべく
、バイアスゲート２を介して転送された電荷を蓄積容！
１１ｉ極３下に蓄積する蓄積容量部が接続する。また蓄
積容量電極３には蓄積された電荷をＣＣＤ転送部５へ転
送すべく移送ゲート４が接続され、さらに蓄積電ｌ電極
３には装置の転送動作開始時の残留電荷を排出するため
の排出ゲート６を介しての排出ドレイン７が接続する。

また、排出ゲート６および排出ドレイン７にはそれぞれ
外部と電気接続をとるために、排出ゲートコンタクト９
および排出ドレインコンタクト１０が接続される。

ここで、蓄積容量部１１を光電変換部１とは別に１画素
中に形成するのは、ＣＣＤ転送部５の最小転送時間以下
の時間に光電変換部１がらの電荷の蓄積時間を適用させ
るためにその蓄積時間を可変とするためである。

第５図は第４図におけるＡ−０−８断線図であり、第６
図は第５図の断面に対応するポテンシャル模式図であり
、第７図は第４図におけるＡ−０−Ａ’断面図であり、
第８図は第７図の断面に対応するポテンシャル模式図で
ある。

従来の装置の断面構成としてはＰ型半導体基板１２にＮ
型埋込チャンネル１６が形成され、また光電変換部１お
よび排出ドレイン７の領域が形成されており、基板上の
ゲート電極等は絶縁膜１３を介してポリシリコンで形成
される。

第５図〜第８図を参照して、電荷の転送動作について説
明する。

光電変換部１に入射された光は電荷に変換されてその変
換部におけるポテンシャルがバイアスゲート２に加えら
れる電圧によって決まるバイアスゲート下電位１４を越
えたとき、蓄積容量電極３下へ転送されてそこで蓄積が
される。光から変換される電荷は光が入射中は常に生じ
ていることから、所定の蓄積時間に比例した信号電荷を
得るために、最初に蓄積容量部に残存の電荷を排出ドレ
イン７へすべて排出する必要がある。この排出には第６
図に示すごとく、排出ゲート６の電圧の印加を変化させ
ることによって排出ゲート下電位１５を破線の位置に設
定して行なう。

次に、排出ゲート６を閉じて（排出ゲート下電位１５を
元に戻して）、第８図に示すように所定の時間、バイア
スゲート２を越えて蓄積容量部に転送される電荷を蓄積
電荷１６として蓄える。所定時間経過俵、移送ゲート４
の電圧を変化させることによって、移送ゲート下電位１
７を破線の位置に設定して、蓄積電荷１６をＣＣＤ転送
部５へ転送する。以上の転送までの動作は各々の画素に
対して並列に行なわれるが、その後ＣＯＤ転送部５にお
ける転送は各画素に対応した直列信号として出力される
。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような従来の電荷転送装置では、精度良く信号電
荷をＣＯＤ転送部へ転送するためには、転送前の排出ド
レインへの残留電荷の排出で転送）が重要である。

この排出動作の制御は排出ゲートによって行なうが、従
来の２層ポリシリコンゲートＣＣＤプロセスを用いた場
合、そのゲート長を精度良く形成することが困難であっ
た。

第９図は排出ゲートまわりを拡大して示した平面図であ
り、第１０図は第９図のＸ−Ｘ断面図である。

図に示すごとく、排出ゲート６は第２層目のポリシリコ
ンをパターニングして形成し、蓄積容量電極３は第１層
目のポリシリコンをパターニングして形成する。これは
排出ゲート６に接続する排出ゲートコンタクト９をとる
際、排出ゲート６が蓄積電１１！ｆ極３上に形成されて
いれば排出ゲート６のパターニング時のマスク合わせず
れが発生しても、蓄積容量電極３がコンタクト位置に影
響しないからである。また、排出ゲートコンタクト９お
よび排出ドレインコンタクト１ｏが２画素に対して１個
ずつとなっていて排出ドレインを共用しているのは、画
素寸法の縮小を図り、ｍｅ装置全体を最小化するためで
ある。図においては、排出ゲート６のパターニング時の
マスク合わせが左方向にΔＸずれて排出ゲート６が形成
された状態が示されている。この場合、正規のゲート長
をＬとして左側の画素における実際のゲート長をＬ’ｓ
同じく右側のゲート長を特徴とする特許Ｌ、＝Ｌ−Δｘ
＋Ｌｚ＝ａＬ＋Δ× となり、Ｌｚ　−Ｌｌ　−２ＸΔＸ であるから両画京間のゲート長に大きく差が生じること
になる。この結果、第５図に示す排出ゲート下電位１５
が左右の画素で異なってしまうことになり、蓄積容量部
での電荷蓄積の飽和レベルも相違してしまう。さらに、
ゲート長がＩｊｉ端に短くなると排出ゲート側の蓄積電
を部のポテンシャルにも変化を与え、これはＣＯＤ転送
部５への信号電荷の転送にも影響するおそれがあるとい
う問題点があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、第２層目のポリシリコンを排出ゲートとしてパター
ニングしても、ゲート長にパターニングの際の誤差の影
響を与えない電荷転送装置を提供することを目的とする
。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る電荷転送装置は、蓄積電極下方に蓄積さ
れた電荷が転送されて蓄積される蓄積領域の外縁上方に
外縁層を形成し、蓄積電極と外縁層との間隙を覆うよう
にその上方に電荷を転送するための転送電極を形成した
ものである。

［作用〕 この発明においては、転送電極の実質的なゲート長は蓄
８％電極と外縁電極との間隙によって決まるので、転送
電極のパターニングずれはゲート長の増減に影響しない
。

［実施例コ 第１図はこの発明の一実施例を示すパターンレイアウト
図であり、第２図は第１図の■−■断面図である。

両図を参照して、その構成および組立について以下説明
する。たとえばフォト・ダイオードのような光信号を電
気信号に変換する光電変換部１に、変換された電荷を転
送すべく、バイアスゲート２を介して転送された電荷を
蓄積電量電極３下に蓄積するＰ型半導体基板１２に形成
された蓄積容量部１１が接続する。また、蓄積容量部ｆ
Ｉ３には蓄積された電荷をＣＯＤ転送部５へ転送すべく
移送ゲート４が接続される。一方、蓄積容量電極３には
、装置の転送動作開始時の残留電荷を排出するための排
出ゲート６を介してＰ型半導体基板１２に形成された排
出ドレイン７が接続されるが、排出ドレイン７の領域の
外縁部上方の絶縁１１１３上に排出ドレイン７を囲うよ
うに外縁層８が形成される。外縁層８および蓄積容量電
極３には絶縁膜１３上に形成された第１層目のポリシリ
コンよりなる電極層をパターニングすることによって同
時に形成するので、外縁層８と蓄積容量電極３との間隙
はパターニングずれなく精度良く確保される。

排出ゲート６はさらにその上の絶縁膜を介して形成され
る第２層目のポリシリコンよりなる電極層をパターニン
グすることによって、外縁層８と蓄積容量電極３との間
隙を覆うように形成される。

この場合、第２図に示すように排出ゲート６の実質的な
ゲート長しは、外縁層８と蓄積容量電極３との間隙によ
って決まることになる。したがって、排出ゲート６の形
成時にパターニングずれがあってもそのゲート長に影響
することがないので、排出ゲート下電位にばらつきを与
えることなく所望の排出動作が保障される。

ところで、排出ゲート６および排出ドレイン７にはそれ
ぞれ外部と電気接続をするために排出ゲートコンタクト
９および排出トレインコンタクト１０が接続されるが、
外縁層８を形成することによって排出ドレインコンタク
ト１０の取付確保のため排出ドレイン７に係る領域が若
干大きくなるが、これは排出ゲート６の制御性の向上に
より十分相殺できるものである。

以上の構成よりなる装置の転送動作は、従来例と同様で
あるのでここでの説明は省略する。

なお、上記実施例では、外縁Ｎ８を排出ドレイン７部を
囲うように形成しているが、排出ゲート６の動作部にか
かる位置側にのみ形成しても同様の効果を秦する。

マタ、上！２実７７１ＨＭＦハ外１１１１１８　、！＝
１１１ｆｆｉｌｔｉ３とは同材質としているが、同一パ
ターニングで形成されるものであれば同材質でなくても
よい。

さらに、上記実施例では、第２層目に転送電極を形成し
ているが、第１層目に転送電極を形成し、第２層目に蓄
積容！電極を形成することもゲート長の精度確保には有
用である。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、外縁層と蓄積電極との
間隙を覆うように転送電極を形成したので、転送電極の
実質的なゲート長は転送電極の形成時のパターンずれに
影響することなく、精度良く確保されるので転送電極下
の電位にばらつきがなくなり、精度の良い電荷転送装置
となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すパターンレイアウト
図、第２図は第１図の■−■断面図、第３図は従来の１
次元固体―像装置の基本構成図、第４図は第３図のパタ
ーンレイアウト図、第５図は第４図のＡ−０−８断面図
、第６図は第５図のポテンシャル模式図、第７図は第４
図のＡ−０−Ａ′断面図、第８図は第７図のポテンシャ
ル模式図、第９図は第４図の排出ゲート部まわりの拡大
図、第１０図は第９図のｘ−ｘｉ面図である。 図において、３は蓄積容ＩＮ極、６は排出ゲート、７は
排出ドレイン、８は外縁層、１１は蓄積容量部、１２は
Ｐ型半導体基板、１３は絶縁膜である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜上に形成され、電荷を前記絶縁膜を介して前
   記半導体基板に蓄積する蓄積電極と、前記蓄積電極下方
   に蓄積された電荷を、その印加電位を制御することによ
   つて転送する転送電極と、 前記転送電極によつて転送された電荷を蓄積する前記半
   導体基板に形成された蓄積領域と、前記蓄積領域の外縁
   部の上方であって、前記絶縁部上に形成される外縁層と
   を備え、 前記蓄積電極と前記外縁層とは、同一平面内に形成され
   、前記転送電極は前記蓄積電極と前記外縁層との間隙を
   覆うように絶縁膜を介して形成される、電荷転送装置。
2. （２）前記外縁層および前記蓄積電極は、前記絶縁膜上
   に形成された電極層をパターニングすることによつて形
   成する、特許請求の範囲第１項記載の電荷転送装置。